階梯碳交易配電網(wǎng)綜合優(yōu)化模型

摘 要： 針對(duì)高滲透可再生能源并網(wǎng)所帶來(lái)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題，考慮完善新型電力系統(tǒng)多能互補(bǔ)的支撐體系和挖掘系統(tǒng)碳減排潛力，基于風(fēng)、光、水、儲(chǔ)等能源機(jī)組和民用、工業(yè)負(fù)荷，提出一種考慮階梯碳交易的有功無(wú)功綜合優(yōu)化模型。首先考慮階梯碳價(jià)約束，以網(wǎng)損、電壓差值、碳排成本為目標(biāo)函數(shù)，引入萊默加權(quán)-多變異協(xié)作策略的差分進(jìn)化（Lehmer weighted and multi-mutation cooperation differential evolution， LW-MCDE）算法，基于萊默加權(quán)、改進(jìn)多變異協(xié)作、更新種群的策略提升差分進(jìn)化算法的綜合尋優(yōu)能力。其次，使用LW-MCDE 算法求解有功無(wú)功綜合優(yōu)化問(wèn)題。最后，通過(guò)3 種常用的測(cè)試函數(shù)檢驗(yàn)算法的性能，并在改進(jìn)的IEEE9 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中驗(yàn)證模型有效性。算法性能測(cè)試表明LW-MCDE 算法的收斂速度和全局尋優(yōu)能力優(yōu)于其他算法；算例結(jié)果表明考慮階梯碳交易，網(wǎng)損相較于優(yōu)化前降低56.27%，碳排放量降低10.42%。

關(guān)鍵詞： 有功無(wú)功綜合優(yōu)化; 階梯碳交易; 碳排放; 多能互補(bǔ); 萊默加權(quán)

中圖分類(lèi)號(hào)： TB9; TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1674–5124（2025）03–0139–09

0 引 言

隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，電力系統(tǒng)可再生能源的滲透率不斷提高，可再生能源并網(wǎng)的種類(lèi)不斷增多，高滲透可再生能源的接入對(duì)并網(wǎng)后的電能質(zhì)量和潮流分布產(chǎn)生較大影響，威脅電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，高滲透可再生能源接入電力系統(tǒng)后，電力系統(tǒng)的碳減排潛力得到提升，積極的節(jié)能減排措施有利于電力企業(yè)承擔(dān)社會(huì)責(zé)任。

為了實(shí)現(xiàn)可再生能源并網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一些學(xué)者從無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，提出采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提高電力系統(tǒng)的無(wú)功支撐能力。文獻(xiàn)[1] 將電容器組、有載調(diào)壓器進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化；文獻(xiàn)[2] 在建模時(shí)將風(fēng)機(jī)視作并網(wǎng)的連續(xù)無(wú)功電源，提高系統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力；文獻(xiàn)[3] 針對(duì)電力系統(tǒng)接入高滲透分布式電源的電壓和潮流問(wèn)題，提出重構(gòu)和無(wú)功優(yōu)化兩階魯棒優(yōu)化策略；文獻(xiàn)[4] 將無(wú)功優(yōu)化和多能協(xié)同結(jié)合進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度；文獻(xiàn)[5] 對(duì)分布式光伏接入容量及線路有功功率損耗進(jìn)行了綜合優(yōu)化。上述研究在高滲透可再生能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面卓有成效，但忽略了系統(tǒng)碳減排的潛力。

得益于大量可再生能源并網(wǎng)，雖然電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性下降，但系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和碳減排潛力得到大幅提升，另一些學(xué)者從有功調(diào)度的角度出發(fā)，提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和挖掘碳減排潛力，文獻(xiàn)[6] 以階梯碳價(jià)實(shí)現(xiàn)了低碳性與經(jīng)濟(jì)性；文獻(xiàn)[7] 引入階梯式碳交易機(jī)制約束優(yōu)化系統(tǒng)，降低碳排量；文獻(xiàn)[8] 提出了優(yōu)化配置混合儲(chǔ)能設(shè)施以降低綜合能源系統(tǒng)碳排放的建議。上述研究在經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上挖掘系統(tǒng)碳減排的潛力，對(duì)于可再生能源的消納和碳減排有重要意義，但沒(méi)有考慮網(wǎng)損，且忽略了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。

此外，隨著多能互補(bǔ)支撐體系的建設(shè)，電力系統(tǒng)涉及多種能源機(jī)組和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，控制變量的種類(lèi)繁多、維度更高、計(jì)算更復(fù)雜。文獻(xiàn)[9] 證實(shí)了有功/無(wú)功聯(lián)合優(yōu)化優(yōu)于單一的優(yōu)化策略，但并未改進(jìn)算法進(jìn)一步提升優(yōu)化效果；文獻(xiàn)[10] 采用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)含雙饋感應(yīng)風(fēng)機(jī)的配電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化；文獻(xiàn)[11] 基于回溯迭代搜索-粒子群算法對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，改善了算法的尋優(yōu)能力。上述研究的人工智能算法優(yōu)化多能互補(bǔ)綜合模型都有易陷入局部最優(yōu)、收斂精度不高、面對(duì)高維變量尋優(yōu)困難等缺點(diǎn)。

綜上，可再生能源并網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化在挖掘碳減排潛力方面不足，而電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性方面不足。針對(duì)以上研究的不足，協(xié)同有功無(wú)功優(yōu)化，在多能互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，考慮階梯碳價(jià)，實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)損、改善節(jié)點(diǎn)電壓、挖掘模型的碳減排潛力，建立一種考慮階梯碳價(jià)的有功無(wú)功綜合優(yōu)化模型。此外，針對(duì)多能互補(bǔ)綜合模型優(yōu)化過(guò)程中變量維度高，傳統(tǒng)算法尋優(yōu)困難的問(wèn)題，引入LWMCDE算法，以正反向初始化、萊默加權(quán)-多變異協(xié)作策略和更新種群策略改進(jìn)差分進(jìn)化算法，提升算法面對(duì)高維變量的全局尋優(yōu)能力和收斂速度。最后，通過(guò)3 個(gè)常用測(cè)試函數(shù)檢驗(yàn)算法性能，并在改進(jìn)的IEEE9 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的算例中驗(yàn)證了模型有效性。